賈 濤 張春博 張海華 蘇茂輝

（浙江吉利新能源商用車集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 311228）

引言

目前的產(chǎn)品研發(fā)普遍采用并行研發(fā)模式，并行工程是相對(duì)于之前的串行工程而提出的新產(chǎn)品研發(fā)理念。

串行工程是指在產(chǎn)品研發(fā)過程中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試、工藝、制造各個(gè)環(huán)節(jié)獨(dú)立開展工作，產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后交付給測(cè)試模塊，如果測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)問題，則返回給產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行修改，修改之后再交付給測(cè)試模塊，如果測(cè)試順利，則在測(cè)試完成后交付工藝模塊，如果工藝模塊順利完成，產(chǎn)品就可以交付給制造模塊。最壞的情況是流程的末端出現(xiàn)問題：如果制造模塊出現(xiàn)問題，則需要返回給工藝模塊整改，而工藝模塊不能解決的情況下就會(huì)返回給測(cè)試模塊，測(cè)試模塊不能解決則返回給產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊。從而在整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)體系中出現(xiàn)多個(gè)反復(fù)，每個(gè)反復(fù)都會(huì)造成一定損失，包括人力、物力、時(shí)間的損失。串行工程幾乎都存在反復(fù)的問題，反復(fù)的出現(xiàn)帶來了研發(fā)效率低、信息溝通不暢、研發(fā)周期長(zhǎng)、沉沒成本高等各種問題。

并行工程是指在產(chǎn)品研發(fā)的概念設(shè)計(jì)階段就充分考慮各項(xiàng)關(guān)鍵因素，這些關(guān)鍵因素包括成本、顧客需求、加工工藝、質(zhì)量、維修等。通過改進(jìn)，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，從而提高產(chǎn)品的研發(fā)效率，最終使企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力得到提升。統(tǒng)計(jì)表明，采用并行工程后，設(shè)計(jì)變更的數(shù)量只有原來的1/2；產(chǎn)品研發(fā)周期是串行工程的40%～60%，制造成本是串行工程的60%～70%，產(chǎn)品的報(bào)廢及返工比例下降75%[1]。伴隨著研究的深入，并行工程又發(fā)展出反復(fù)式并行工程、匯聚式并行工程、網(wǎng)絡(luò)式并行工程等多種類型。汽車行業(yè)中，歐美等國(guó)家的汽車企業(yè)普遍采用反復(fù)式并行工程，以豐田為代表的日本汽車企業(yè)采用匯聚式并行工程。

本文對(duì)反復(fù)式并行工程（GPDS 研發(fā)模式）和匯聚式并行工程（FPDS 研發(fā)模式）進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)FPDS 研發(fā)模式在產(chǎn)品研發(fā)中具有更好的效果，可以將研發(fā)周期縮短5～10 個(gè)月，同時(shí)降低沉沒成本，提升公司競(jìng)爭(zhēng)力。

1 匯聚式并行工程

反復(fù)式并行工程是指項(xiàng)目的初期階段考慮制造、銷售、成本、工藝等各種問題，整理收集信息，制定出一套方案并實(shí)施[1]。在產(chǎn)品研發(fā)后期，遇到新的問題則返回上一個(gè)階段重新修改原始方案。產(chǎn)品研發(fā)過程中仍然存在較多的反復(fù)，導(dǎo)致成本浪費(fèi)和研發(fā)周期延長(zhǎng)。反復(fù)式并行工程類似一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于不斷修正，最終投產(chǎn)的產(chǎn)品對(duì)最初的設(shè)計(jì)初衷有一定程度的背離。

豐田汽車公司的研發(fā)系統(tǒng)采用匯聚式并行工程，匯聚式并行工程的研發(fā)階段同反復(fù)式并行工程相似[2]。區(qū)別在于，匯聚式并行工程的項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)階段不是選擇一套方案，而是選擇多套方案同時(shí)研發(fā)，根據(jù)研發(fā)過程中的各種約束條件，比如邊界參數(shù)、成本因素、加工工藝、制造可行性等多種邊界約束，通過權(quán)衡曲線的取舍逐步將設(shè)計(jì)方案收斂到1～2 套。這種研發(fā)模式下，產(chǎn)品的成品和概念設(shè)計(jì)階段的最終方案偏差較小，并且節(jié)省了成本和時(shí)間。

匯聚式并行工程的分析可分為4 個(gè)步驟：

1）在功能模塊約束的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮制造工藝、財(cái)務(wù)成本、項(xiàng)目周期、供應(yīng)商能力、防召回等各種約束；

2）尋找上述約束條件下可能的交集；

3）將交集中可行性差的方案排除掉；

4）對(duì)剩余的方案按照成本最低、制造周期最短、性價(jià)比最高等排列，最終選擇1 套方案實(shí)施。

總之，匯聚式并行工程在產(chǎn)品研發(fā)過程的前期要進(jìn)行大量的分析，逐步將5～6 套方案縮小到1～2套方案做詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終選擇1 套方案來實(shí)施。

該方法的前期投入較大，然而由于減少了后期各種反復(fù)的發(fā)生，從而降低了研發(fā)過程中的沉沒成本，研發(fā)周期大大縮短，從整體上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。

2 匯聚式并行工程研發(fā)流程

圖1 所示為GPDS 和FPDS 2 種產(chǎn)品研發(fā)模式的對(duì)比[3]。

從圖1 可以看出，F(xiàn)PDS 研發(fā)模式在保留原有GPDS 研發(fā)模式產(chǎn)品研發(fā)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了CAE仿真分析和CAM 仿真制造，盡量避免設(shè)計(jì)原因?qū)е碌目煽啃詥栴}；同時(shí)在產(chǎn)品研發(fā)過程中實(shí)施匯聚式并行工程，項(xiàng)目的初期采用多方案并行開展的方式，根據(jù)實(shí)施過程中的約束條件逐步縮小項(xiàng)目方案，最終只有1 套方案來實(shí)施，避免了反復(fù)式并行工程帶來的大量設(shè)計(jì)變更問題。

圖1 產(chǎn)品研發(fā)模式對(duì)比

經(jīng)過上述分析，對(duì)于一款全新研發(fā)的產(chǎn)品，按照原來的產(chǎn)品研發(fā)模式GPDS 的研發(fā)周期51 個(gè)月計(jì)算，優(yōu)化后的產(chǎn)品研發(fā)模式FPDS，其研發(fā)周期預(yù)計(jì)可以縮短5～10 個(gè)月，從而使產(chǎn)品研發(fā)周期縮短到41～46 個(gè)月。

3 研發(fā)周期對(duì)比分析

隨機(jī)過程通常是指依賴于時(shí)間t 的一組隨機(jī)變量，馬爾科夫法是隨機(jī)過程中的一種研究方法[4]。馬爾科夫法是以俄國(guó)數(shù)學(xué)家安德雷·馬爾科夫的名字命名的方法，在隨機(jī)過程中根據(jù)現(xiàn)在的狀態(tài)預(yù)測(cè)未來狀態(tài)。狀態(tài)是指過程中的各種可能（比如天氣預(yù)報(bào)中的晴天、雨天、陰天等都可以看做未來天氣的狀態(tài)），這些狀態(tài)集合構(gòu)成狀態(tài)空間。如果某過程只依賴于現(xiàn)在的狀態(tài)而與之前的狀態(tài)無關(guān)，則該過程稱為馬爾科夫過程；如果狀態(tài)是離散的，則該馬爾科夫過程稱為馬爾科夫鏈。

有限狀態(tài)空間E={E1，E2…，Ei，Ej，…，En}中，狀態(tài)Ei轉(zhuǎn)移到Ej的概率為P（Ei→Ej）

由Pij組成的矩陣如下：

P 稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，滿足下面公式[5]的要求。

產(chǎn)品研發(fā)周期的評(píng)估，借助馬爾科夫鏈概率轉(zhuǎn)移迭代模型計(jì)算產(chǎn)品開發(fā)過程總的研發(fā)時(shí)間。

首先根據(jù)上述產(chǎn)品研發(fā)模式建立發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品研發(fā)體系，并按照?qǐng)D2 構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的馬爾科夫鏈概率轉(zhuǎn)移迭代模型。其原理為：項(xiàng)目從S 開始到F結(jié)束，假如在狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中，由A 轉(zhuǎn)移到B 的概率是100%，則記做Pab=1；如果B 出現(xiàn)問題并交付A 返工，其概率為50%，則記做Pba=0.5。已知PS=1，PF=0.8，根據(jù)如下各步驟計(jì)算其轉(zhuǎn)移概率。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的馬爾科夫鏈概率轉(zhuǎn)移迭代模型

3.1 GPDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期

概率的數(shù)值來源于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)積累，整理出的GPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉(zhuǎn)移概率見表1。

表1 GPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉(zhuǎn)移概率

將上述的概率關(guān)系整理后可以得到GPDS 研發(fā)模式概率矩陣：

通過求解迭代矩陣，可以獲得迭代次數(shù)如表2所示。

表2 GPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈迭代次數(shù)

在上述分析的基礎(chǔ)上運(yùn)用下述公式[6]求出GPDS模式下項(xiàng)目總的研發(fā)時(shí)間：

式中：ti為工作i 第一次消耗的時(shí)間，d；Ki為工作i 與其他工作的依賴系數(shù)；t′i為持續(xù)時(shí)間最短的研發(fā)時(shí)間，d；Mi為工作i 研發(fā)迭代次數(shù)；λ 為人員學(xué)習(xí)效應(yīng)系數(shù)；Pij為任務(wù)間轉(zhuǎn)移概率；q 為與研發(fā)工作j 有關(guān)聯(lián)的研發(fā)工作數(shù)量。

GPDS 模式下項(xiàng)目總的研發(fā)時(shí)間如表3 所示。

從表3 可知，研發(fā)周期需要1 063 d。已知每年的工作日為250 d（扣除節(jié)假日），因此需要1 063.181/250=4.25 y，這同GPDS 研發(fā)模式的產(chǎn)品研發(fā)周期51 個(gè)月相吻合。

表3 GPDS 研發(fā)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)周期 d

3.2 FPDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期

FPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉(zhuǎn)移概率見表4。

表4 FPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈轉(zhuǎn)移概率

FPDS 研發(fā)模式下的概率矩陣為：

通過求解迭代矩陣，可以獲得迭代次數(shù)如表5所示。

表5 FPDS 研發(fā)模式的馬爾科夫鏈迭代次數(shù)

同樣，根據(jù)公式（4）和公式（5），可以計(jì)算出FPDS 模式下的項(xiàng)目總研發(fā)時(shí)間。

FPDS 模式下項(xiàng)目總的研發(fā)時(shí)間如表6 所示。

從表6 可知，研發(fā)周期為838d。相比GPDS 研發(fā)模式，F(xiàn)PDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期縮短了225 d，即10個(gè)月。

表6 FPDS 研發(fā)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)周期 d

通過上述模型計(jì)算，GPDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期為51 個(gè)月，F(xiàn)PDS 研發(fā)模式的研發(fā)周期為41 個(gè)月。由此可見，相比反復(fù)式并行工程（GPDS 研發(fā)模式），匯聚式并行工程（FPDS 研發(fā)模式）可以更好地提高產(chǎn)品的研發(fā)效率。

4 結(jié)論

通過將GPDS 研發(fā)模式和FPDS 研發(fā)模式進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)FPDS 研發(fā)模式在產(chǎn)品研發(fā)中具有更好的效果，可以將研發(fā)周期縮短5～10 個(gè)月，同時(shí)降低沉沒成本，提升公司競(jìng)爭(zhēng)力。匯聚式并行工程源于豐田汽車精益研發(fā)模式，是精益思想在產(chǎn)品研發(fā)過程中的運(yùn)用，但其與國(guó)內(nèi)研發(fā)模式相融合需要多次研究和實(shí)踐才能實(shí)現(xiàn)。